Методы очистки сточных вод

4. Электрохимическая  активация - экологически чистые  технологии настоящего и будущего, новый подход к решению экологических  проблем цивилизации

Техническая цивилизация не может существовать без использования технологических водных растворов и чистой воды. Ежедневно в мире приготавливаются миллионы кубических метров различных растворов из предварительно очищенной воды и химических реагентов, получаемых из природного минерального сырья. Ежедневно миллионы кубометров отработанных технологических растворов подвергают очистке перед сбросом в канализацию, пытаясь освободить от вредных веществ. Однако, возвращение воды в исходное состояние после очистки принципиально невозможно вследствие термодинамических ограничений. В результате подобной деятельности человека проявились опасные тенденции в природе.

Запасы пресной воды в мире неуклонно уменьшаются по причине все возрастающей ее минерализации. В последние десятилетия резко возросла доля ионов тяжелых металлов в общем солесодержании природных вод. Постоянно увеличивается концентрация растворенных пестицидов, удобрений, моющих средств, нефтепродуктов. Все больше усилий необходимо затрачивать, чтобы получить воду, пригодную для питья, питания котлов тепло- и электростанций, полива растений и производства различных изделий: машин, станков, мебели, тканей, лекарств, бытовой техники.

Снижается доступность минеральных сырьевых ресурсов Земли. Возрастает стоимость добычи, транспорта, конечных продуктов их переработки: кислот, щелочей, окислителей, восстановителей, коагулянтов и других химических реагентов, которые обычно используются как для приготовления различных технологических водных растворов, так и для очистки питьевой и сточной воды. Усложняются системы очистки использованных технологических растворов, увеличивается стоимость процессов очистки.

Наиболее широко распространенные в мире методы очистки питьевой воды и отработанных водных растворов основаны на моделировании природных процессов фильтрации, сорбции, ионного обмена. Однако, установки в которых реализованы указанные процессы, нуждаются в регенерации и периодической замене основного рабочего элемента: фильтров, сорбентов, ионообменных смол. При этом возникают проблемы с утилизацией отработанных материалов, а также сохраняется необходимость восполнения их потерь путем производства из невозобновляемых сырьевых запасов новых материалов взамен отработанных. Очевидно, стратегия наименьшего экологического ущерба при сохранении достигнутого уровня жизни населения Земли или при его улучшении, должна быть основана на использовании технологий, позволяющих обеспечить минимально возможное вовлечение в производственно-хозяйственную деятельность человека природных минеральных сырьевых ресурсов, которые в естественном состоянии (месторождения полезных ископаемых) не представляют угрозы окружающей среде, но после серии различных технологических преобразований рассеиваются в виде растворимых в воде соединений. Одним из естественных процессов, имеющих самое широкое распространение в живой и неживой природе является электрохимическое преобразование веществ, т. е. окислительно-восстановительные реакции, связанные с удалением или присоединением электрона. Этот природный процесс более эффективен в сравнении с вышеназванными. Теоретические расчеты показывают, что потенциальные возможности электрохимического кондиционирования воды (очистки, умягчения, опреснения, обеззараживания и т. д. ) более чем в 100 раз превосходят фильтрационные, сорбционные и ионообменные методы по экономичности, скорости и качеству. Кроме того, электрохимические реакции позволяют без дополнительных затрат химических реагентов преобразовать пресную или слабосолоноватую природную воду в высокоактивный технологический раствор, обладающий практически любыми необходимыми функциональными свойствами.

Эти теоретические расчеты получили полное практическое подтверждение благодаря появлению в 1972 году нового направления прикладной электрохимии электрохимической активации воды и водных растворов (ЭХА) и созданным в 1989 1990 годах компактным модульным проточным диафрагменным электрохимическим реакторам РПЭ. Реакторы РПЭ принципиально отличаются от известных электрохимических устройств. Конструкция и технология их использования в различных областях промышленности, сельского хозяйства, медицины непрерывно совершенствуются коллективом исследователей, развивающим это научное направление.

Электрохимическая активация представляет собой самостоятельную область прикладной электрохимии наряду с традиционными, такими как электрохимическое производство водорода, кислорода, хлора, щелочей или гальванотехника, и имеет несколько принципиальных особенностей. Термин электрохимическая активация (ЭХА) появился в результате серии исследований, которыми было установлено, что жидкости, подвергнутые униполярному (анодному или катодному) электрохимическому воздействию переходят в термодинамически неравновесное состояние и в течение времени релаксации проявляют аномально высокую химическую активность. Этот термин был введен в науку академиком российской академии медико-технических наук В. М. Бахиром. В отличие от известных электрохимических процессов, исходным веществом в процессах электрохимической активации являются разбавленные водно-солевые растворы, пресная или слабоминерализованная вода, т. е. жидкости низкой электропроводностью. Конечным продуктом ЭХА являются не концентрированные химические вещества, а активированные растворы, т. е. низкоминерализованные жидкости в метастабильном состоянии. Электрохимическая активация практически не используется как самостоятельный технологический процесс. Ее целью является уменьшение или полное исключение расхода химических реагентов, снижение загрязненности растворов, повышение качества целевых продуктов, сокращение времени, повышение эффективности и упрощение различных технологических процессов. Иными словами ЭХА используется для создания высокоэффективных и экологически чистых технологий в различных областях человеческой деятельности. Практически в любой области человеческой деятельности, там, где имеется соприкосновение с жидкостью, могут использоваться технологии ЭХА.

5. Некоторые области  эффективного применения электрохимической  активации

Ниже приведена краткая информация о некоторых технологиях с использованием электрохимической активации, проверенных экспериментально и защищенных авторскими правами. 
 
  

  В КОММУНАЛЬНОМ ХОЗЯЙСТВЕ.

Обеззараживание воды в бассейне проводится при помощи нейтрального анолита, вырабатываемого в установках типа СТЭЛ. При добавлении анолита снижается жесткость и изменяется структура воды, что оказывает благоприятное воздействие на кожу купающихся. Обработка сточных вод с целью их обеззараживания и окислительной деструкции токсичных органических соединений. Обеззараживание воды в системе городского питьевого водоснабжения без использования жидкого хлора при помощи нейтрального анолита и добавляемого в воду в соотношении 1: 1000. Данный способ прошел апробацию в ряде регионов России и продемонстрировал возможность исключения образования токсичных вторичных продуктов хлорирования и сокращения затрат на процесс кондиционирования воды в 8 - 10 раз по сравнению с лучшими зарубежными и отечественными технологиями. Свойства растворов АН и К позволяют использовать их на различных стадиях прачечного производства (замачивание, стирка, прополаскивание, отбеливание). Опыт эксплуатации установок СТЭЛ в прачечном производстве Ташкента, Санкт-Петербурга, Одессы, Москвы и других городов позволяет сделать следующие выводы :

применение растворов АН и К показало их высокую эффективность как основногокомпонента процесса стирки. при использовании этих растворов почти на 70 % сокращается расход пергидроля, применяемого в процессе стирки для отбеливания, значительно сокращается расходсинтетических моющих средств. При дезинфекции белья (что особенно важно для бельямедицинского назначения) можно полностью отказаться от традиционных хлорсодержащихдезинфицирующих средств. Сокращается время стирки. 
 
    В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ.

Технология силосования зеленых кормов с использованием в качестве консерванта электрохимически активированного раствора позволяет исключить дорогостоящие и дефицитные консерванты при одновременном повышении качества, сохранности и питательной ценности силоса, исключить загрязнение окружающей среды. Технология хранения овощей (моркови, сахарной свеклы, капусты, картофеля) и фруктов (мандаринов, черешен, яблок, винограда, вишен) с использованием в качестве обеззараживающего и консервирующего средства электрохимически активированных растворов, позволяет исключить ксенобиотические химические препараты, повысить на 50-300 % сроки хранения плодоовощной продукции (по сравнению с известными лучшими способами хранения), сохранить витаминный состав и сахаристость, подавить развитие грибковых и вирусных заболеваний плодов растений, повысить устойчивость сохраняемой продукции к неблагоприятным условиям хранения (перепады температур, влажности, тряска при транспортировке).

Замачивание семян растений перед посадкой в электрохимически катодно активированной воде и их полив электрохимически активированной водой увеличивает урожай на 10-15 %.

Поение птиц электрохимически активированной водой ускоряет их рост и развитие на 10 %, уменьшает расход кормов на 15 %, сокращает падеж на 80 %. Обработка тушек птицы электрохимически активированной водой повышает их сохранность и улучшает товарный вид за счет полного удаления перьев при пониженной температуре. 
 
   

 В МЕДИЦИНЕ.

Дезинфекция, предстерилизационная очистка и стерилизация изделий из металла несложной конфигурации (скальпели, пинцеты и т. п. ), из металла сложной конфигурации (иглы, ранорасширители, щипцы для удаления зубов и т. п. ), боров зубных разных, изделий из стекла (пробирки, капилляры и т. п. ), из резины (катетеры, зонды и т. п. ), из силиконовой резины (дренажи протезы и т. п. ), перчаток резиновых, эндотрахеальных трубок, капиллярных и пластинчатых диализаторов и оксигенаторов, эндоскопов.

Дезинфекция и мойка посуды, игрушек, поверхностей, покрытых пластиком, масляной краской, линолеумом, санитарно-уборочного инвентаря, помещений. Обработка рук хирурга.

Лечение ожогов, трофических язв, дерматозов, гнойных, вялогранулирующих ран, послеоперационных, посттравматических, и постиньекционных и других гнойных осложнений, мастита, бурсита, панариция, неспецифического язвенного колита, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, гипертонии, болезней почек, подагры, аллергических заболеваний (в т. ч. астмы), стоматозной экземы, лейкозов, а также нарушений обмена веществ в ферментативной функции желудка, сальмонеллеза гастроинтестинальной формы, кольпитов, заболеваний, связанных с нарушением иммуногенеза, гингивитов, острой бактериальной дизентерии, стоматитов, гемолитической анемии, парадонтитов, вирусных гепатитов А и Б, заболеваний печени и желчевыводящих путей, стенокардии, гипертонической болезни, сахарного диабета, возрастных нарушений обмена (ожирение, окостенение хрящей, кератозы), мочекислого диатеза. Сокращение или исключение расхода антибиотиков при лечении хронического гематогенного и посттравматического остеомиелита, поддиафрагмального, межпетельного и тазового абсцесса брюшной полости; лечение грибковых заболеваний, геморроя. 
 
    ОЧИСТКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ.

Метод электрохимической активации применяется для очистки иобеззараживания воды, качество которой вызывает сомнения. Помимоочистки, при использованиии метода ЭХА вода приобретает свойствакатализатора биохимических реакций в человеческом организме, способствует выводу шлаков и укреплению иммунной системы.

6. Электрохимические установки  для очистки питьевой воды"ИЗУМРУД" (Функциональные характеристики, особенности, сравнение с бытовымиводоочистителями других систем, условия эксплуатации, биологические свойства очищенной воды)

В настоящее время на мировом рынке продается более тридцати тысяч разновидностей бытовых систем очистки питьевой воды. Основными методами очистки воды в бытовых устройствах являются сорбция (преимущественно с использованием активированного угля), фильтрация (микрофильтрация, ультрафильтрация, обратный осмос), ионный обмен, ультрафиолетовое облучение, серебрение. Широко применяется комбинирование этих методов.

Сравнительно недавно появились установки нового поколения "Изумруд", в которых очистка воды производится электрохимическим и каталитическим способами. Эти установки уникальны и не имеют прямых аналогов. Вопрос о преимуществах и недостатках различных моделей бытовых водоочистителей в конечном итоге будет решен потребителем и соответствующими медико-биологическими и гигиеническими службами. Идеальных установок для очистки питьевой воды не существует. Неизвестно также, какая вода в пределах характеристик, регламентированных ГОСТ, является наилучшей для организма каждого конкретного человека. Здесь излагается точка зрения разработчиков установок "Изумруд", основанная на собственных наблюдениях и на данных испытаний, проведенных независимыми лабораториями и научными центрами. Водоочистители адсорбционного, ионообменного, мембранного и адсорбционно-мембранного типа задерживают микроорганизмы, которые размножаются на внутренних поверхностях установок, в порах сорбентов, на поверхности фильтрующих мембран. Даже в тех случаях, когда выход из адсорбционной или мембранной системы водоочистной защищен противомикробным фильтром, бактерии могут размножаться на выходной поверхности противомикробного фильтра и на внутренних поверхностях выходных магистралей, что является фактором эпидемиологического риска. Поэтому адсорбционные, ионообменные, мембранные и комбинированные бытовые водоочистительные системы непригодны для работы с водой, небезопасной в микробиологическом отношении.

Установки "Изумруд" свободны от указанного недостатка , поскольку даже при сверхвысоком содержании в исходной воде бактериальных и вирусных тел 106 - 108 в одном миллилитре (мл) после очистки в установках "Изумруд" количество микроорганизмов в воде уменьшается до 10 - 102 на мл (на пять-шесть порядков). Соответствующие данные получены при проведении анализов в лабораториях Беркширской и Оклендской микробиологических служб (Великобритания). Кроме того, в момент электрохимической обработки вода приобретает бактериостатические характеристики, аналогичные свойствам родниковых вод. Вследствие этого выходные магистрали электрохимических водоочистителей не подвергаются инфицированию. В процессе длительного хранения вода, очищенная в установках "Изумруд", может утратить бактериостатические свойства. Бактерицидные вещества, образующиеся в анодной камере электрохимического реактора, обладают очень высокими антимикробными свойствами, намного превосходящими по эффективности обычные антисептики (хлорамин и др. ). Эти вещества, присутствующие в воде в пропорции 1 : 1000, обеззараживают ее даже в случае интенсивного микробного обсеменения. При этом погибают не только возбудители типичных желудочно-кишечных инфекций (возбудители дизентерии, сальмонеллеза, холерный вибрин), но и экзотические патогенные микроорганизмы тропических стран. Этот факт подтвержден наблюдениями сотрудников Британской компании Enigma во время Руандийского кризиса, а также данными по обеззараживанию воды плавательных бассейнов в Москве и в г. Лас-Вегас, Невада, США. В последнем случае успешно подавлялся рост "черных водорослей" (Black Algae).